電阻應變片的案例
張工聊光纖 | 光纖傳感器和常規電阻應變片在結構監測上的對比
雖然電阻應變片長期以來已經用于結構變化監測，但是在更長時間內提供精確、可控信息方面還缺乏必要的耐久性和完整性。
今天就和大家聊一聊
光纖傳感器
和
常規電阻應變片
，在
基礎設施結構監測
應用上的對比。
首先，我想先介紹下基于
布拉格光柵(FBG)技術的光纖應變片
，迥異于傳統電阻應變片的
工作原理
及
適用性
。
簡單地說，一個布拉格光柵就是在摻雜鍺元素的標準單模通訊光纖上用紫外激光刻制的一個微型結構。這個微型結構使得這根光纖的折射率發生周期性的變化，當光沿著光纖傳播時光柵反射很窄的波長范圍的光，其它波長的光通過光柵繼續傳播。
圖1 布拉格(FBG)光柵應變片工作原理
被反射回的波長帶寬的中心波長定義為布拉格光柵的波長。在受應力狀態下，布拉格光柵的波長周期由于光纖的伸長或收縮會增長，這個變化導致布拉格光柵波長的偏移，這個偏移通過光纖解調儀等數據采集系統捕捉并記錄。
圖2 使用相位掩模法制作布拉格光柵。
展開 ANSYS Workbench 圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器結構設計及有限元分析
第三章 圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器結構設計
3.2圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器三維建模
圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器的三維結構模型如圖3.1所示
圖3.1 Pro/E三維模型
圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器結構設計三維建模過程如下：
（1）打開Pro/E三維制圖軟件，打開新建模型對話框，選擇類型為零件，實體模型，對建立的模型重命名后，采用缺省模塊，點擊確定進入軟件編輯視圖區，如圖3.2所示。
圖3.2 Pro/E新建模型對話框
（2）進入Pro/E建模草繪編輯區，如圖3.3所示，根據操作方便性和模型特征選擇草繪平面為TOP平面，參照平面RIGHT平面，其他采用默認設置。
圖3.3 Pro/E草繪設置對話框
（3）草繪圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器底座圓盤的圓盤結構，如圖3.4所示，利用圓形和直線剪切得到草繪平面，圓盤直徑94mm，方形結構長88mm，寬90mm。
圖3.4 底盤草繪平面
（4）繪制好特征草圖后，利用拉伸功能按鈕，拉伸按鈕里面具有參數選擇的功能，可以設置厚度，選取不同類型尺寸的生成，調整拉伸方向，設置厚度32mm，將中心部分挖去一部分模擬貼片處，使用草繪、拉伸去除材料。其拉伸后生成的圓盤模型如下圖3.5所示。
圖3.5拉伸幾何模型
（5）草圖繪制側面的螺紋孔20mm以及對稱S型槽，通過拉伸命令，選擇去除材料，最后通過倒圓角命令得到圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器底座圓盤模型結構，如圖3.6所示。
圖3.6 圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器底座圓盤模型結構
（6）本文研究圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器彈性體的結構不同對應的應變片貼片位置處的應力變化情況分析，因此針對結構的設計，調整模型S型槽的寬度為4mm、6mm、8mm、10mm，如圖3.7所示。
展開 知識分享 | 如何粘貼應變片到螺栓中
“
測量螺栓的緊固應力
是非常困難的，在測量緊固應力時，很難將應變片連接到螺栓上。通常情況下，這需要使用重型機械。然而，通過使用
特殊的電阻應變片
，可以用一個非常簡單的方案測量螺栓的軸向載荷。
本文采用1-LB11-3/120ZW應變片作為示例。這種應變片和傳統的電阻應變片安裝方式不同，其需要嵌入到螺栓頂部的孔中進行測量。
所需設備
LB11用于螺栓測量的應變片
：LB11是一種
帶有引線的柱狀應變片
，其專門用于
螺栓，螺絲
及其他結構件的應變，力與振動測量。
E
P70應變計粘合劑：EP70是一種易于使用的熱固化環氧樹脂粘合劑，特別適用于圓柱形應變計。
應變片清潔劑
：HBK提供不同的清洗劑，用于應變片測量點和測量對象清洗。
其他設備包括
：鉆孔機，烙鐵、支持 ? 橋的橋路放大器。
操作流程
1、鉆孔準備
第一步，在螺栓中心鉆直徑2mm孔，深度如下圖所示。所需的鉆孔深度，應變片定位根據不同的螺栓會產生變化。需要確定的是，應變片應安裝在預期最大應變的區域。此外，需要考慮螺釘的剛度。鉆削會降低拉伸應力截面。
展開 測量結果PK | 常規應變片vs埋入式應變片
<p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">電阻應變片技術已經非常成熟，有多種不同的應用，如靜態材料和耐久性測試等。HBM 提供的應變片超過2000種。HBM與法國塑料與復合材料創新產業技術中心IPC合作，基于ISO 527-4標準，對</span><strong style="color: rgb(68, 68, 68);">埋入式應變片</strong><span style="color: rgb(68, 68, 68);">（LI66-10/350）與</span><strong style="color: rgb(68, 68, 68);">常規應變片</strong><span style="color: rgb(68, 68, 68);">（LY21-6/350）進行了比較研究，試驗在</span> <strong style="color: rgb(68, 68, 68);">增強玻璃纖維</strong> <span style="color: rgb(68, 68, 68);">試件上進行。</span></p><p><br></p><p><br></p><p> <strong style="color: rgb(0, 51, 90);">測試目的</strong> </p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">1. 將應變片埋入到纖維材料中對試樣有影響嗎？</span></p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">2. 安裝在表面上的應變片是否會產生與埋入式應變片不同的測量結果？
展開 
知識分享 | 應變片是如何工作的？
wx_fmt=png"></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">因此，應變片通常被安裝在需要檢查材料的多個位置，并通過電纜連接到測量放大器。</span> <strong style="color: rgb(51, 182, 177);">如果應變片被壓縮，其電阻會減小。如果應變片被拉伸時，其電阻會增加。</strong> <span style="color: rgb(68, 68, 68);">原因是當測量柵絲被拉伸時，電流通過的導體變細，導致電阻增加。</span></p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(51, 182, 177);">電阻的變化確定了應變片上的應</strong> <strong style="color: rgb(51, 182, 177);">變：</strong></p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/0dOps7rIddpSvWzSqKplA9PPlnE9OA5YIXHAIic5FfRz9gDxgGyicXLZLVYAicvn6uLlhGERqIBb4RmSjTeC0AMpw/640?
展開 復合材料應力測試——埋入式與常規應變片的比較研究
電阻應變片技術已經非常成熟，有多種不同的應用，如靜態材料和耐久性測試等。HBM 提供的應變片超過2000種。
HBM 與法國塑料與復合材料創新產業技術中心 IPC 合作，基于 ISO 527-4 標準，對埋入式應變片 (LI66-10/350) 與常規應變片 (LY21-6/350) 進行了比較研究。試驗在增強玻璃纖維試件上進行。
興趣點
1. 將應變片埋入到纖維材料中對試樣有影響嗎？
2. 安裝在表面上的應變片是否會產生與埋入式應變片不同的測量結果？
展開 應變測量基礎 | 什么是應變？
什么是應變?
應變是用來描述材料變形的物理量。某種材料的組件或對象可能被拉長或壓縮而產生應變，其是由于以下因素產生的：
施加外力產生的影響（機械應變）
熱脹冷縮 (熱應變)
鑄造部件、鍛造或焊接等非均勻冷卻產生的內部應力（殘余應變）
為何要測量應變?
通常來說，應變用于測定材料的應力特性——通過實驗應力分析。計算是采用胡克定律來完成的。其最簡單的形式， 應力σ [N/mm2] 為應變ε [m/m]和材料的楊氏模量E [N/mm2] 的乘積。
σ = ε?E
如何測量應變?
要了解應變是如何測量的，首先必須了解應變對材料的影響。在沒有應變的情況下，試樣的長度為 lo。如果應變 ε 被施加到試樣上, 其長度變化量為 Δl 關系如下：
應變表示的是材料相對于其初始長度的變化。由于變化量通常很小，通常采用微應變 (μm/m = 10-6 m/m = ppm) 。
有多種不同類型的傳感器和設備可以用來測量應變。應變片是最常用的設備。HBM提供電阻應變片和光纖應變傳感器可供選擇。
應變測量技術：電阻還是光纖?
了解有關電阻或光纖應變測量的知識，包括理論基礎、安裝過程、避免故障，并包括如何選擇正確的應變片。如下兩種傳感器既可單獨使用，也可組合使用。
1）采用電阻應變片進行測量
應變測量最普遍使用的是電阻應變片。也稱為傳統應變片或箔式應變片。
應變片通常用于實驗應力分析(ESA)，耐久性測試和傳感器制造。
HBM傳統應變片應用非常廣泛，有超過2000種型號的直片和應變花可供選擇。
展開 霍家知識庫 | 如何選擇最合適的應變片
電阻大小選擇取決于測量任務。并可按照客戶要求對電阻值進行定制。
低阻值應變片
高阻值應變片
+ 電磁干擾的影響較小
+ 連接路徑 (滑環, 電纜,...) 電阻對測量影響更小
+ 隔離電阻變化的影響較小
- 容易受外界噪聲干擾
- 更高的功率要求
- 絕緣電阻變化會產生較大影響
- 與大電阻應變片相比，由于會產生較大的電流，因此自加熱效應更明顯
應力測試應變片選擇指南：
微信
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展開 如何提升橋梁荷載試驗的準確性和穩定性？
但需要人工讀數，費時費力、精度差，對于應變測點數量眾多的橋梁靜載試驗顯然不合適。因此，除了少數室內模型試驗的特殊需要，工程結構中很少使用。
2.電阻式應變測量方法
目前工程檢測中應用最多的是電阻式應變測量方法。19世紀30年代，英國物理學家Charle Wheatstone首次發現了可以利用惠斯通電橋來測量電阻，奠定了應變電測技術的基礎；William Thomson通過試驗驗證了金屬絲在應變作用下其電阻會產生變化，即應變-電阻效應，這就是電阻應變計的工作原理；1936到1938年間，美國A.C.Ruge和E.E.Simmons同時成功研發了電阻絲繞式紙基應變片，1938年粘貼式電阻應變片正式誕生。至今電阻應變片的種類已達兩萬多種。常用應變片外觀如圖1～2所示。
圖1 單向應變片示意
圖2 應變花示意
應變電測法的主要優點是：應變片靈敏度高，尺寸小，容易粘貼牢固，易于實現數字化、自動化測量等。但應變片電測法的缺點也很突出：橋梁靜載試驗往往要在幾米甚至數十米的高空進行電阻應變片的粘貼，操作不便，工作效率低，并且要求工作人員具備一定的貼片技能；應變測量值受現場環境溫度、濕度影響很大，長時間加載導致數據漂移過大，給后期分析處理帶來極大困難；應變片為一次性使用，無法重復利用等。
3.光纖應變測量方法
光纖傳感技術的發展起源于20世紀70年代中期。
展開 張工聊光纖 | 基于光纖光柵的光學測量鏈的優勢
傳統的電阻式應變傳感器
自
20世紀40年代以來，電阻式應變片一直是結構應變監測的基準。
但是，電阻式應變片會有一定的限制，有時會阻礙簡單可靠的測量。
例如，
所需電纜的數量
可能會是一個挑戰。因為長電纜的成本很高，并且在有許多測量點的大型結構中使用大量的長電纜會較難管理，盡管存在測量距離達幾百米的電應變技術解決方案。
創新型的光纖光柵技術
基于光纖光柵（FBG）技術的光學傳感器，為傳統電學測量鏈提供了一個頗具吸引力的替代方案，是一種創新型結構健康監測解決方案。
這是因為FBG技術具備一些優勢，比如在
一根光纖中安裝多個傳感器
，整體輕量化無源設計，以及低衰減——支持長距離安裝。同時，這種技術不受電磁干擾（EMI）的影響，而且傳感器比電阻應變片更具有環境穩定性（因此其可以承受惡劣的環境條件）。當涉及到中高通道數和總擁有成本時，其價格也具有競爭力。
展開 應變測量基礎 | 箔式應變片——從原理到應用
什么是箔式應變片？
箔式應變片是一種傳感器，測量材料在受力時產生的長度相對變化，即我們常說的應變。這種變形分為兩種：機械部件被拉伸，產生「正應變」；材料被壓縮時，產生「負應變」。應變的大小與方向，與被測材料的彈性特性相關。
箔式應變片的測量原理
箔式應變片用于確定應變的值和方向。這是通過測量柵絲實現的，測量柵絲通常安裝在材料表面上，并通過測量柵絲電阻值的相對變化和靈敏度系數來獲得所施加的應變。當壓縮時，測量柵絲電阻值將減少；拉伸時，電阻值將增加。
為了計算材料應力（實驗應力分析），需要將應變值與材料的物理特性對應，例如材料的楊氏模量（胡克定律）。應變片的應用領域主要是傳感器，包括稱重傳感器、力傳感器、扭矩傳感器和壓力傳感器等。
箔式應變片的主流類型
箔式應變片類型包括直片，應變花，剪切片，全橋片和鏈式片。
直片應變片：用于測量單一方向的應變
應變花：兩個或三個測量柵絲，彼此間夾角為 90° 、45° 和 60° , 用于未知主應力方向的應力分析，扭轉應變等
剪切片：通過測量柵絲的特殊排列，測量扭桿的剪切應力
雙橋片：測量柵絲平行排列，用于彎曲梁的垂直應力測量
全橋片：帶有 4 個測量柵絲，用于拉壓雙向應力和扭轉應力等
鏈式片：多個測量柵絲，等距離排列，進行應變梯度測量
HBK箔式應變片
HBK是全球箔式應變片設計和制造專家。我們的箔式應變片通常用于實驗應力分析、耐久性測試和傳感器制造領域，并具有優秀的精度。
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從材料特性到實操技巧 | 在纖維增強塑料上安裝應變片
因此，應變片有可能在個別點過載（永久損壞）或導致整個裝置故障。通過在應變片和工件之間插入一層聚酰亞胺薄膜可以消除這個問題。薄膜被粘在元件和應變片之間并進行初步整合，也就是“平均化”應變柵絲的應力峰值。 但只有在預期高應變的情況下才應使用薄膜。
應變片電阻
HBK建議在緩慢冷卻材料上使用1000 歐姆應變片。也可以選擇使用 350歐姆應變片。但是，建議檢查應變片或復合材料是否存在不允許的溫升。
激勵電壓
每個應變片上的電壓都會轉換成熱量。纖維復合材料是導電性差的材料，因此發熱量更大。為了保證測量的穩定性，熱流Q必須與外加功率P相對應。
P = Q
350 歐姆應變片測量柵絲在緩慢冷卻材料上的發熱過程
測量點中的熱量很容易在金屬一起產生；尤其是與鋁一起，會導致更高的熱量傳遞。復合材料的導熱系數要低得多。
當測量系統達到穩定狀態時，確保在一定的加熱階段后才開始對復合材料進行測量。以下可用于激勵電壓為5V的四分之一橋應用：
1000歐姆測量儀器的升溫時間約為3至4分鐘
120/230歐姆測量儀器的升溫時間約為5至6分鐘
對于復合材料等冷卻不良的材料，HBK建議使用低于2.5 V的激勵電壓。較高的激勵電壓會導致應變片顯著且持續升溫。這種熱量可能會在材料中積聚起來。下圖顯示了350歐姆應變片，0.5、2.5、5和10 V 激勵電壓（DC）之間的差異：
針對復合材料的推薦（經驗）：
0.5 V，用于冷卻不良的導電性差的材料
一般復合材料試驗為1 V至2.5 V
四分之一橋溫度響應匹配
由于長期測量過程中的溫度變化，四分之一橋應用需要最佳溫度響應匹配。
展開 應變測量基礎 | 什么是箔式應變片
什么是箔式應變片？
箔式應變片是一種傳感器，用于測量由于施加的力引起的材料長度的相對變化（應變）。這種變形可以為壓縮或拉伸，并且受被測材料的彈性影響極大。正應變指的是機械部件被拉伸，而負應變則為材料被壓縮。
箔式應變片測量原理
箔式應變片用于確定應變的值和方向。這是通過測量柵絲實現的，測量柵絲通常安裝在材料表面上，并通過測量柵絲電阻值的相對變化和靈敏度系數來獲得所施加的應變。當壓縮時，測量柵絲電阻值將減少，拉伸時，電阻值將增加。為了計算材料應力（實驗應力分析），需要將應變值與材料的物理特性對應，例如材料的楊氏模量（胡克定律）。應變片的應用領域主要是傳感器，包括稱重傳感器、力傳感器、扭矩傳感器和壓力傳感器等。
箔式應變片類型包括直片，應變花，剪切片，全橋片和鏈式片。
直片應變片用于測量單一方向的應變
應變花兩個或三個測量柵絲，彼此間夾角為 90° 、45° 和 60° , 用于未知主應力方向的應力分析，扭轉應變等
剪切片通過測量柵絲的特殊排列，測量扭桿的剪切應力
雙橋片測量柵絲平行排列，用于彎曲梁的垂直應力測量
全橋片帶有 4 個測量柵絲，用于拉壓雙向應力和扭轉應力等
鏈式片多個測量柵絲，等距離排列，進行應變梯度測量
HBK箔式應變片
HBK是制造和供應測量儀器的專家，產品廣泛適用于各種應用場景。我們的箔式應變片常用于實驗應力分析、耐久性測試和傳感器制造，在應變分析領域提供高精度。如果您想了解更多關于我們應力分析測量組件的信息，請隨時與我們聯系。
展開 測量力的三種方法| 應變片、應變傳感器、力墊圈測量的優缺點
</p><p><br></p><p>對于應變力傳感器來說，即使在現場安裝后，也可以很容易地再現校準過程中確定的特性曲線，即施加的力和輸出信號比。力傳感器必須安裝在力傳遞流中，并且沒有任何分力，這是先決條件。并且必須確保完整的力傳遞流通過傳感器進行測量。這意味著力傳感器的特性，例如硬度和動態性能，這將影響整體設計。另外，大量程的傳感器具有更大的結構。</p><p><br></p><p><strong>力測量</strong>可以通過結構的變形來進行測量，可以采用以下<strong>三種方法</strong>：</p><ul><li>安裝應變片</li><li>利用應變傳感器，其有時候內置了電路</li><li>利用力墊圈，其基于應變或壓電技術</li></ul><p><br></p><p>這些方法的<strong>劣勢和優勢</strong>總結如下：</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/0dOps7rIddq4siaMfxNgdfkrjNqWNYC4ric7cnnYsZWIBhoibQSe9XpjvYbTYP3hWYzmS9PCs7IstlS13hn1hpVNQ/640?wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p><br></p><h2><strong>1. 采用應變片測量</strong></h2><p>安裝應變片實際上對被測物體的結構沒有任何影響。結構的硬度和動態特性將會保持不變。在對花絲結構測試時，應變片具有非常明顯的優勢，因為其變形時，只需要非常小的力。安裝時需要使用<strong>全橋應變片</strong>，并且需要選擇能夠補償寄生負載（例如，彎矩或扭矩）的應變片。此外，需要測量這些影響。
展開 2025大賽優秀作品 | 基于熱電制冷器和電阻加熱片的偏轉鏡熱管理方案研究
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</figure><p><strong>作品名稱：基于熱電制冷器和電阻加熱片的偏轉鏡熱管理方案研究</strong></p><p><br></p><p><strong>作者： 徐中民 | 深圳先進光源研究院研究員</strong></p><p><br></p><p><strong><em>關鍵詞：</em></strong><em>熱管理、熱電制冷器、電阻加熱片、偏轉鏡、Ansys Multiphysics</em></p><p><br></p><p><strong>作者說</strong></p><p>本案例利用了Ansys多物理場耦合分析軟件，無論從建模、網格劃分和求解，還是后處理，很好地處理了裝配體之間的熱傳導、結構熱變形以及接觸面設置等諸多問題，對于樣機的工程設計提供了參考數據，并提升了設計效率，實現了設計目標。
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